抗菌色母粒在食品包装材料中的研究进展

俞诚 白绘宇

（江南大学，合成与生物胶体教育部重点实验室，化学与材料工程学院）

随着社会发展，人们对食品安全越来越重视。食品包装材料在食品储存方面应用广泛，其在阻隔、抗菌等方面的要求也越来越高。具有优良抗菌性能的包装材料，能够有效地减少包装内细菌的滋生，从而延长食品的保质期，防止食品变质。在抗菌包装材料发展的过程中人们发现，相比于直接加入抗菌剂，预先将抗菌剂与基体混合制成抗菌色母粒，再制备食品包装材料，会使得食品包装材料具有更好的抗菌性。这对保证食品的安全性具有重要意义。

1. 抗菌色母粒的特点

抗菌色母粒，一般指由抗菌剂和基体树脂组成的，在高分子材料加工过程中加入的，赋予材料抗菌能力的一种添加剂。其优点与着色用色母粒类似：1）由于抗菌色母粒的载体与基体一致，因此能够在基体中均匀分散，使得包装材料表面均具良好的抗菌性能；2）在共混过程中，色母粒与基体材料之间均相过程只需要很小的力就能达到很好的共混效果，且制得的产品品质也比直接加入抗菌剂的优良；3）在制备母料时已经将抗菌剂均匀分散在载体中，在加料共混过程中无需进一步分散，缩短了加工时间，提高了生产效率[1]。

总之，抗菌色母粒一方面提高了抗菌剂在基体中的分散性和相容性，提高了材料整体的抗菌能力；另一方面优化了生产工艺，简化了材料在加工共混中的工序，提高了生产效率[2]。

2. 抗菌色母粒的分类

按照抗菌色母粒中抗菌剂种类的不同，可将抗菌剂大致分为三类：无机抗菌色母粒、有机抗菌色母粒和天然抗菌色母粒。其中，应用最多、最广泛的是无机抗菌色母粒。

2.1 无机抗菌色母粒

无机抗菌剂相比于有机抗菌剂和天然抗菌剂，其具有耐药性强、长效、无毒副作用、耐热性好等优点[3]。根据抗菌剂成分的不同，无机抗菌色母粒可分为金属类无机抗菌色母粒和氧化物催化类无机抗菌色母粒[4]。而在这几种无机抗菌色母粒中，金属类中的银系抗菌色母粒研究应用最多。黄灵阁等[5]将含有银离子的无机抗菌母料Antim-PP 与聚丙烯（PP）共混挤出造粒，接着将粒料制备成标准试样，对其进行抗菌测试；随着抗菌母粒的添加量增加，杀菌率也随之增加，当抗菌母粒的质量分数为 4%时，抗菌率达到99.1%。

2.2 有机抗菌色母粒

有机抗菌色母粒按照有机抗菌剂种类的不同可分为天然有机抗菌色母粒、低分子有机抗菌色母粒和高分子有机抗菌色母粒[6]。有机抗菌剂生效快，对特定霉菌具有优异的杀菌效果，但其毒性较大，耐热性差，使用中易于析出、易挥发，研究人员对其进行了大量的改性研究[7]。段婷婷等[8]使用三丁基膦和对氯甲基苯乙烯合成了具有抗菌活性的乙烯基苄基三丁基氯化磷，再将其溶解于乙醇中和低密度聚乙烯（LDPE）共混造粒，得到抗菌LDPE 母粒；当乙烯基苄基三丁基氯化磷在母粒中占质量分数为3.2%时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率均高于99%以上。

2.3 天然抗菌色母粒

天然抗菌色母粒是指在载体中加入天然提取物、酶类或细菌素类物质共混造粒后制得的抗菌母粒。丁清景等[9]将改性的淀粉抗菌剂与聚丙烯（PP）共混造粒，得到的抗菌色母粒，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率最高达到99%以上。尽管天然抗菌色母粒由于其存在天然的抗菌剂，安全性好，但大多数天然抗菌剂对环境因素敏感，化学稳定性差，造粒时容易失去抗菌活性，因此适用性较差[10,11]。

3. 抗菌色母粒的制备及应用

3.1 抗菌色母粒的制备

在连续化工业生产上，抗菌色母粒一般利用研磨机、高速混合机、双螺杆挤出机和造粒机等设备进行制备。一般是将抗菌剂、载体和其他添加剂经过研磨机、高速混合机等机器使得所有物料共混均匀后，加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，接着冷却干燥，再通过造粒机进行造粒得到抗菌色母粒[12～14]。

3.2 抗菌色母粒的应用

抗菌色母粒发展到如今，由于无机抗菌色母粒相比于有机和天然抗菌色母粒具有耐热、化学稳定性好等优点，其在食品包装材料方面的研究与应用最多、最广泛。陆漓等[15]将有机化改性的纳米载银沸石和PP 通过熔融共混，造粒，制得抗菌母粒；研究发现，当母粒载银量在1.3%时，对大肠杆菌的杀菌率达到100%，对金黄色葡萄球菌的杀菌率达到了91.5%。

Aryou Emamifar 等[16]在研究如何延长橙汁保质期时，等将含有银纳米粒子（Ag）和氧化锌纳米粒子（ZnO）的抗菌剂与低密度聚乙烯（LDPE）直接混合，通过双螺杆挤出机制备抗菌色母粒；用这种抗菌色母粒制备的食品包装材料能够有效抑制橙汁中真菌和细菌的生成，具有优异的抗菌作用，在4℃下能够有效延长橙汁的保质期。

Yimin Zhu 等[17]将改性的纳米氢氧化镁与对苯二甲酸乙二醇酯（PET）共混制备了抗菌对苯二甲酸乙二醇酯母粒（APM）；随着改性氢氧化镁的含量增多，APM 对大肠杆菌的抗菌性能越强，但改性纳米氢氧化镁含量过多时易团聚，母料容易发生断裂；作者发现当改性纳米氢氧化镁含量在30%时，抗菌母粒对大肠杆菌具有良好的抗菌性能，且易于造粒。

除了抗菌作用外，一些抗菌色母粒还能够同时提升材料的机械强度、阻隔、热稳定等其它性能。张华集等[18]以硼酸酯、稀土/铝酸酯、硬酯酸单甘油酯为改性剂，分别对载银玻璃进行改性，随后分别与粉状PP 共混挤出造粒，得到改性载银玻璃含量为15%的抗菌母粒；研究表明，当改性剂为硼酸酯，用量为1.0%时，改性效果最好，且与PP 的相容性最佳，此时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别达到 99.12%和92.30%；研究还表明，抗菌母粒加入量占PP 的4%时，材料的拉伸强度和断裂伸长率均有增加。

Shiv Shankar 等[19]将氧化锌纳米粒子（ZnONP）、黑色素纳米粒子（Mel）、葡萄籽提取物（GSE）、分散剂和低密度聚乙烯（LDPE）共混造粒得到抗菌色母粒，接着将抗菌母粒与基体LDPE 共混制得抗菌包装材料；制备的包装材料在对大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌均有优异的抗菌活性的同时，还具有强的紫外线阻隔性能，并且由于纳米粒子的存在，其热稳定性上升。

Weijun Yang 等[20]将使用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）改性的聚乳酸（PLA）与各种含量的木质素纳米颗粒（LNP）和纤维素纳米晶体（CNC）共混制备抗菌色母粒；用该母粒制备的二元和三元纳米复合包装膜不仅对番茄细菌植物病原体具有良好的杀菌活性，而且由于LNP 和CNC 的协同作用，使其具有优良的透明性和紫外阻隔性能。

Aline A. Becaro 等[21]分别将银纳米粒子（AgNPs）嵌在二氧化硅（TiO2）和二氧化钛（TiO2）上，记为MS 和MT，然后将其分别与LDPE 共混造粒得到两种不同的抗菌母粒，用于胡萝卜包装材料之中；作者表明两种不同的抗菌色母粒在包装材料中均有良好的抗菌活性，特别是含有MT 的包装材料中，其不仅抗菌活性好，还具有维持抗坏血酸酸含量等其他优良的特性。

4. 总结和展望

随着社会的发展，人们的食品安全意识越来越强，这对于食品包装材料的阻隔性能、抗菌性能等方面也提出了更高的要求。利用抗菌色母粒一方面能够有效提高抗菌剂对基体材料的相容性，从而使抗菌剂在基体中分散均匀，从而提高食品包装材料的抗菌能力；另一方面，也简化了高分子材料的成型加工步骤，提高了生产效率。抗菌色母粒根据抗菌剂的不同可分为无机、有机和天然抗菌色母粒，其中无机抗菌色母粒在食品包装材料中应用最为广泛。

随着研究的进一步深入，对抗菌色母粒中的抗菌剂进行改性或者加入其他物质，不仅仅可以使包装材料具有抗菌性能，还能显著提高食品包装材料的机械强度、阻隔性能、热稳定性能和透明性等。尽管如此，抗菌色母粒仍存在抗菌剂迁移、多种色母粒共混相容性变差等问题，这既是抗菌色母粒的挑战，也是其发展的机遇，值得进一步研究与探索。